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技術 カラー液晶表示装置

出願人 カシオ計算機株式会社
発明者 西野利晴
出願日 1993年4月19日 (27年7ヶ月経過) 出願番号 1993-091157
公開日 1994年11月4日 (26年0ヶ月経過) 公開番号 1994-308480
状態 特許登録済
技術分野 液晶1(応用、原理) 液晶4(光学部材との組合せ) 液晶4(光学部材との組合せ)
主要キーワード 最大状態 無着色光 表面側基板 裏面側基板 最終表示 着色効果 可視光帯域 着色光
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年11月4日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (5)

目的

カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くする。

構成

透明電極33,34を形成した一対の透明基板31,32間に液晶38を封入しその分子38aをホモジニアス配向させた液晶セル30と、1枚の偏光板40と、反射板41とを備え、前記偏光板40を液晶セル30の表面側に配置し、反射板41を液晶セル30の裏面側に配置するとともに、偏光板40の透過軸を液晶セル30の液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらした。

概要

背景

液晶表示装置として、着色した表示が得られるカラー液晶表示装置がある。図4は従来のカラー液晶表示装置の断面図であり、この液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた液晶セル10と、この液晶セル10をはさんで配置された一対の偏光板21,22とからなっている。

上記液晶セル10は、透明電極13,14を形成しその上に配向膜15,16を形成した上下一対の透明基板11,12を枠状のシール材18を介して接合し、この両基板11,12間の前記シール材18で囲まれた領域に液晶19を封入したもので、この液晶セル10の一方の基板、例えば図において下基板12には、透過光を着色するためのカラーフィルタ17が設けられている。

なお、上記カラーフィルタ17は基板12上に形成されており、この基板12側の透明電極14は前記カラーフィルタ17を覆う保護膜(図示せず)の上に形成されている。また、上記液晶セル10としては、一般に、液晶19の分子19aを両基板11,12間においてほぼ90°のツイスト角ツイスト配向させたTN(ツイテッド・ネマティック)型のものが用いられている。

また、上記一対の偏光板21,22は、その透過軸を互いにほぼ平行にして配置されており、これら偏光板21,22の透過軸は、液晶セル10の一方の基板側の液晶分子配向方向とほぼ平行な方向にある。

なお、液晶表示装置には、透過型のものと、裏面に反射板を配置した反射型のものとがあるが、カラーフィルタを備えたカラー液晶表示装置は一般に、図4に示したような透過型のものとされている。

上記カラー液晶表示装置は、その裏面側に光源(図示せず)を配置し、液晶セル10の両基板11,12の電極13,14間に電圧印加して表示駆動されるもので、光源からの光は、入射側(図4では下側)の偏光板22により直線偏光されて液晶セル10に入射する。

そして、液晶セル10に入射した直線偏光は、カラーフィルタ17と液晶層とを通って液晶セル10を出射するが、その場合、カラーフィルタ17の色に対応する波長帯域以外の波長光がカラーフィルタ17で吸収されるため、液晶セル10を出射する光がカラーフィルタ17の色に着色された光となる。

また、液晶セル10の電極13,14間に電圧を印加していない状態、つまり液晶分子19aがツイスト配向している状態では、液晶セル10を通る光が液晶19による偏光作用を受け、液晶層を通過し終ったときに液晶セル10に入射した直線偏光とほぼ直交する方向の直線偏光になるため、このときは液晶セル10を出射した直線偏光が出射側(図4では上側)の偏光板21で吸収され、表示が暗(黒)状態になる。

一方、液晶セル10の電極13,14間に電圧を印加すると、液晶分子19aが基板11,12面に対してほぼ垂直に立上り配向し、液晶19による偏光作用はほとんどなくなるため、液晶セル10に入射した直線偏光がそのまま液晶セル10を出射する。そして、このときは、液晶セル10を出射した直線偏光が出射側偏光板21を透過し、表示が、カラーフィルタ17により着色された色の明表示になる。

概要

カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くする。

透明電極33,34を形成した一対の透明基板31,32間に液晶38を封入しその分子38aをホモジニアス配向させた液晶セル30と、1枚の偏光板40と、反射板41とを備え、前記偏光板40を液晶セル30の表面側に配置し、反射板41を液晶セル30の裏面側に配置するとともに、偏光板40の透過軸を液晶セル30の液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらした。

目的

本発明は、カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くすることができるカラー液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

効果

実績

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請求項1

透明電極を形成した一対の透明基板間に液晶封入しその分子ホモジニアス配向させた液晶セルと、1枚の偏光板と、反射板とを備え、前記偏光板を前記液晶セルの表面側に配置し、前記反射板を前記液晶セルの裏面側に配置するとともに、前記偏光板の透過軸を前記液晶セルの液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらしたことを特徴とするカラー液晶表示装置

請求項2

偏光板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向方向とのずれ角は45±5°であることを特徴とする請求項1に記載のカラー液晶表示装置。

技術分野

0001

本発明はカラー液晶表示装置に関するものである。

背景技術

0002

液晶表示装置として、着色した表示が得られるカラー液晶表示装置がある。図4は従来のカラー液晶表示装置の断面図であり、この液晶表示装置は、カラーフィルタを備えた液晶セル10と、この液晶セル10をはさんで配置された一対の偏光板21,22とからなっている。

0003

上記液晶セル10は、透明電極13,14を形成しその上に配向膜15,16を形成した上下一対の透明基板11,12を枠状のシール材18を介して接合し、この両基板11,12間の前記シール材18で囲まれた領域に液晶19を封入したもので、この液晶セル10の一方の基板、例えば図において下基板12には、透過光を着色するためのカラーフィルタ17が設けられている。

0004

なお、上記カラーフィルタ17は基板12上に形成されており、この基板12側の透明電極14は前記カラーフィルタ17を覆う保護膜(図示せず)の上に形成されている。また、上記液晶セル10としては、一般に、液晶19の分子19aを両基板11,12間においてほぼ90°のツイスト角ツイスト配向させたTN(ツイテッド・ネマティック)型のものが用いられている。

0005

また、上記一対の偏光板21,22は、その透過軸を互いにほぼ平行にして配置されており、これら偏光板21,22の透過軸は、液晶セル10の一方の基板側の液晶分子配向方向とほぼ平行な方向にある。

0006

なお、液晶表示装置には、透過型のものと、裏面に反射板を配置した反射型のものとがあるが、カラーフィルタを備えたカラー液晶表示装置は一般に、図4に示したような透過型のものとされている。

0007

上記カラー液晶表示装置は、その裏面側に光源(図示せず)を配置し、液晶セル10の両基板11,12の電極13,14間に電圧印加して表示駆動されるもので、光源からの光は、入射側(図4では下側)の偏光板22により直線偏光されて液晶セル10に入射する。

0008

そして、液晶セル10に入射した直線偏光は、カラーフィルタ17と液晶層とを通って液晶セル10を出射するが、その場合、カラーフィルタ17の色に対応する波長帯域以外の波長光がカラーフィルタ17で吸収されるため、液晶セル10を出射する光がカラーフィルタ17の色に着色された光となる。

0009

また、液晶セル10の電極13,14間に電圧を印加していない状態、つまり液晶分子19aがツイスト配向している状態では、液晶セル10を通る光が液晶19による偏光作用を受け、液晶層を通過し終ったときに液晶セル10に入射した直線偏光とほぼ直交する方向の直線偏光になるため、このときは液晶セル10を出射した直線偏光が出射側(図4では上側)の偏光板21で吸収され、表示が暗(黒)状態になる。

0010

一方、液晶セル10の電極13,14間に電圧を印加すると、液晶分子19aが基板11,12面に対してほぼ垂直に立上り配向し、液晶19による偏光作用はほとんどなくなるため、液晶セル10に入射した直線偏光がそのまま液晶セル10を出射する。そして、このときは、液晶セル10を出射した直線偏光が出射側偏光板21を透過し、表示が、カラーフィルタ17により着色された色の明表示になる。

発明が解決しようとする課題

0011

しかしながら、上記従来のカラー液晶表示装置は、カラーフィルタ17を用いて透過光を着色するものであるため、光の透過率が低く、したがって表示が暗いという問題をもっている。

0012

これは、カラーフィルタ17での光の吸収によるものであり、カラーフィルタ17は、その色に対応する波長帯域の光もかなり高い吸収率で吸収するため、カラーフィルタ17を通った着色光が、カラーフィルタ17に入射する前の前記波長帯域の光に比べて大幅に光量を減じた光になり、表示が暗くなってしまう。

0013

なお、図4に示したカラー液晶表示装置は透過型のものであるが、このカラー液晶表示装置の裏面に反射板を配置して反射型装置とすると、装置の表面側から入射し、裏面の反射板で反射されて表面側に出射する光がカラーフィルタ17を2度通って二重に光量を減じるため、表示がかなり暗くなって、表示装置としてはほとんど使用できなくなる。

0014

本発明は、カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くすることができるカラー液晶表示装置を提供することを目的としたものである。

課題を解決するための手段

0015

本発明のカラー液晶表示装置は、透明電極を形成した一対の透明基板間に液晶を封入しその分子をホモジニアス配向させた液晶セルと、1枚の偏光板と、反射板とを備え、前記偏光板を前記液晶セルの表面側に配置し、前記反射板を前記液晶セルの裏面側に配置するとともに、前記偏光板の透過軸を前記液晶セルの液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらしたことを特徴とするものである。本発明において、上記偏光板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向方向とのずれ角は45±5°であるのが望ましい。

0016

このカラー液晶表示装置は、その表面側から入射する光を裏面側の反射板で反射させて表示する反射型のものであり、表面側からの入射光は、偏光板と液晶セルを通って反射板で反射され、再び前記液晶セルと偏光板を通って出射する。

0017

このカラー液晶表示装置においては、偏光板の透過軸と液晶セルの液晶分子配向方向とを所定角度斜めにずらしているため、液晶セルの液晶の分子がホモジニアス配向している状態では、偏光板を通って液晶セルに入射した直線偏光が、液晶セルを通る過程でこの液晶セルの偏光作用により楕円偏光となるとともに、反射板で反射されて再び液晶セルを通る過程でその偏光状態がさらに変化し、液晶セルによる2度の偏光作用を受けた光が偏光板に入射する。

0018

また、液晶セルの電極間に電圧を印加すると、液晶分子の配向状態の変化により液晶セルでの偏光作用が変化するため、液晶セルによる2度の偏光作用を受けた光が、電圧無印加状態とは異なる偏光状態の光となって偏光板に入射し、さらに液晶分子がほぼ垂直に立上がると、液晶セルによる偏光作用がほとんど無くなり、偏光板を通って入射した直線偏光がその偏光状態のまま液晶セルを2度通って前記偏光板に入射する。

0019

そして、偏光板に入射する光が入射時と同じ直線偏光であれば、全ての波長光が偏光板を透過するため、このときは出射光無着色光となり、また偏光板に入射する光が非直線偏光であるときは、その光のうち偏光板を透過する偏光成分の波長光だけが偏光板を透過して、出射光が着色光になる。

0020

したがって、本発明のカラー液晶表示装置によれば、従来の液晶表示装置のようにカラーフィルタを用いずに透過光を着色することができ、したがって着色光の光量は、表示装置に入射する光のうちの前記着色光となる波長帯域の光の量とほとんど変わらないから、光の透過率を高くして、表示の明るさを十分高くすることができる。

0021

以下、本発明の第1の実施例を図1図3を参照して説明する。図1はカラー液晶表示装置の断面図である。このカラー液晶表示装置は、液晶分子をホモジニアス配向させた1つの液晶セル30と、1枚の偏光板40と、1枚の反射板41とからなっており、前記偏光板40は液晶セル30の表面側に配置され、前記反射板41は液晶セル30の裏面側に配置されている。

0022

上記液晶セル30は、透明電極33,34を形成しその上に水平配向膜35,36を形成した上下一対の透明基板31,32を枠状のシール材37を介して接合し、この両基板31,32間の前記シール材37で囲まれた領域に液晶38を封入したもので、両基板31,32上の水平配向膜35,36は互いに平行な方向に配向処理されており、液晶38の分子38aは、一方向にホモジニアス配向されている。

0023

また、上記偏光板40は、その透過軸を上記液晶セル30の液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらして配置されており、この偏光板40は液晶セル30の表面側基板(図において上基板)31の外面に接着され、反射板41は液晶セル30の裏面側基板(図において下基板)32の外面に接着されている。

0024

図2は、上記液晶セル30の液晶分子配向方向と偏光板40の透過軸とを示す平面図である。図2において、30aは液晶セル30の液晶分子配向方向、40aは偏光板40の透過軸であり、この実施例では、偏光板40の透過軸40aと液晶セル30の液晶分子配向方向30aとのずれ角ψを45°としている。

0025

このカラー液晶表示装置は、その表面側から入射する光(自然光または照明光源からの光)を裏面側の反射板41で反射させて表示する反射型のものであり、表面側からの入射光は、偏光板40と液晶セル30を通って反射板41で反射され、再び前記液晶セル30と偏光板41を通って出射する。また、このカラー液晶表示装置は、液晶セル30の両基板31,32の電極33,34間に電圧を印加して表示駆動される。

0026

このカラー液晶表示装置においては、偏光板40の透過軸40aと液晶セル30の液晶分子配向方向30aとを所定角度斜めにずらしているため、液晶セル30の液晶38の分子38aがホモジニアス配向している状態では、偏光板40を通って液晶セル30に入射した直線偏光が、液晶セル30を通る過程でこの液晶セル30の偏光作用により楕円偏光となるとともに、反射板41で反射されて再び液晶セル30を通る過程でその偏光状態がさらに変化し、液晶セル30による2度の偏光作用を受けた光が偏光板40に入射する。

0027

また、液晶セル30の電極33,34間に電圧を印加すると、液晶分子38aの配向状態がホモジニアス配向状態から基板31,32面に対して立上り配向するように変化し、それにともなって液晶分子38aの偏光作用が変化するため、液晶セル30による2度の偏光作用を受けた光が、電圧無印加状態とは異なる偏光状態の光となって偏光板40に入射する。

0028

さらに液晶分子38aがほぼ垂直に立上がると、液晶セル30による偏光作用がほとんど無くなり、偏光板40を通って入射した直線偏光がその偏光状態のまま液晶セル30を2度通って前記偏光板40に入射する。

0029

すなわち、液晶分子38aをホモジニアス配向させた液晶セル30の偏光作用は、液晶38の屈折率方性Δnと液晶層厚dとの積Δn・dによって決まるが、液晶38の屈折率異方性Δnは、見掛け上、電圧の印加により液晶分子38aが立上り配向するのにともなって小さくなり、液晶分子38aが垂直に立上り配向したときに“0”となるため、液晶セル30のΔn・dの値が最終的に“0”となって、液晶セル30による偏光作用が無くなる。

0030

そして、偏光板40に入射する光が入射時と同じ直線偏光であれば、全ての波長光が偏光板40を透過するため、このときは出射光が無着色光となり、また偏光板40に入射する光が非直線偏光であるときは、その光のうち偏光板40を透過する偏光成分の波長光だけがこの偏光板40を透過して、出射光が着色光になる。

0031

したがって、上記カラー液晶表示装置によれば、従来のカラー液晶表示装置のようにカラーフィルタを用いずに透過光を着色することができ、したがって着色光の光量は、表示装置に入射する光のうちの前着色光となる波長帯域の光の量とほとんど変わらないから、光の透過率を高くして、表示の明るさを十分高くすることができる。

0032

すなわち、従来のカラー液晶表示装置では、表示装置に入射する光のうちの着色光となる波長帯域の光量に比べて、カラーフィルタを通った着色光の光量がかなり減少するが、上記カラー液晶表示装置では、このような光量の減少はほとんど生じない。このため、上記実施例のカラー液晶表示装置は、反射型のものであるが、その表示の明るさは十分である。上記カラー液晶表示装置における表示の明るさについて説明すると、この表示装置を出射する光の強度Iは、次の (1)式で表わされる。

0033

0034

この (1)式で求められる光強度Iの値は、白表示のとき、すなわち、液晶セル30の液晶分子38aが垂直に立上り配向して出射光が無着色光となったときで、表示装置に入射する全ての波長光(可視光)の強度の1/2であり、この光強度Iは可視光帯域全波長光において均等であるため、カラーフィルタを備えていない通常のTN型液晶表示装置TN型の液晶セルをはさんで一対の偏光板を配置した透過型装置)の白表示の明るさよりも明るい表示が得られる。

0035

すなわち、上記通常のTN型液晶表示装置における出射光の強度I′は、次の(2)式で表わされ、白表示のときの光強度I′は、ある波長の光に対してはI=1/2となるが、他の波長光に対してはI<1/2となる。

0036

0037

これに対して、上記カラー液晶表示装置の白表示のときの光強度Iは、上述したように全波長光に対してI=1/2であり、したがって、白表示の明るさは、通常のTN型液晶表示装置の白表示の明るさよりも明るい。

0038

また、従来のカラー液晶表示装置では、その表示色がカラーフィルタの色によって決まってしまうが、上記実施例のカラー液晶表示装置では、液晶セル30への印加電圧を制御することにより、この液晶セル30の偏光作用によって得られる着色光を変化させることができる。

0039

図3は上記カラー液晶表示装置のCIE色度図であり、ここでは、液晶セル30のΔn・dの値をΔn・d=900nmとしたときの色度を示している。この色度図のように、上記カラー液晶表示装置の表示色は、液晶セル30に印加する電圧を高くしていくのにともなって、電圧0状態、つまり液晶分子38aがホモジニアス配向している状態での初期表示色から、電圧最大状態、つまり液晶分子38aが垂直に立上り配向した状態での最終表示色である“白”まで変化するが、その途中で、表示の光強度Iが高くかつ色純度も高い表示色になる。

0040

なお、液晶セル30のΔn・dの値がΔn・d=900nm、偏光板40の透過軸40aと液晶セル30の液晶分子配向方向30aとのずれ角ψが45°であると、液晶分子38aがホモジニアス配向している状態では、液晶セル30をその裏面側(反射板41側)に向かって通る過程で楕円偏光となった光が、液晶セル30をその表面側(偏光板40側)に向かって通る過程で、偏光板40を通って入射したときの直線偏光に近い直線偏光状の光となる。

0041

このため、このカラー液晶表示装置は、液晶分子38aがホモジニアス配向している電圧0状態での初期表示色が“ほぼ白”であり、電圧を高くしていくのにともなう表示色の変化は、ほぼ白(初期表示色)→緑→青→黄→青→赤→青→赤→白(最終表示色)である。

0042

したがって、上記カラー液晶表示装置は、液晶セル30への印加電圧を制御することによって、その表示色を上記各色に任意に変えることができる。また、上記カラー液晶表示装置は、液晶分子をホモジニアス配向させた1つの液晶セル30と、1枚の偏光板40と、1枚の反射板41との3つの要素だけで構成されるものであるから、構成が簡単で、低コストに得ることができる。

0043

なお、上記実施例では、偏光板40の透過軸40aと液晶セル30の液晶分子配向方向30aとのずれ角ψを45°としたが、このずれ角ψは、45°に限らず任意に選ぶことができる。ただし、液晶セル30による着色効果を十分に得るには、前記ずれ角ψを45±5°とするのが望ましい。

発明の効果

0044

本発明のカラー液晶表示装置は、透明電極を形成した一対の透明基板間に液晶を封入しその分子をホモジニアス配向させた液晶セルと、1枚の偏光板と、反射板とを備え、前記偏光板を前記液晶セルの表面側に配置し、前記反射板を前記液晶セルの裏面側に配置するとともに、前記偏光板の透過軸を前記液晶セルの液晶分子配向方向に対して所定角度斜めにずらしたものであるから、カラーフィルタを用いずに透過光を着色して光の透過率を高くし、表示の明るさを十分高くすることができる。

図面の簡単な説明

0045

図1本発明の一実施例によるカラー液晶表示装置の断面図。
図2本発明の一実施例による液晶セルの液晶分子配向方向と偏光板の透過軸とを示す平面図。
図3本発明の一実施例によるカラー液晶表示装置のCIE色度図。
図4従来のカラー液晶表示装置の断面図。

--

0046

30…液晶セル
31,32…透明基板
30a…液晶分子配向方向(ホモジニアス配向方向)
33,34…透明電極
35,36…配向膜
38…液晶
38a…液晶分子
40…偏光板
40a…透過軸
41…反射板

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